MAC与ARP解析

网络技术竞赛教师培训资料

2008-6-28版

1. IP地址与MAC地址

(1)IP地址

TCP/IP协议要求Internet中的每台主机和连网设备有一个规定格式的、唯一性的地址标识，使Internet上的信息能够正确地传送到目的地。这个统一编制的标识称为IP地址。

IP地址是一个32位的二进制数，如：11001010 01111110 01010000 00001010就是一个符合Internet地址方案的IP地址。

为了便于管理网络和研究技术，我们通常用“点分十进制表示法”来书写IP地址，即将IP 地址分为4组，每8位为1组，写作对应的十进制数，以点号分隔。上面的IP地址写作：202.126.80.10。

Internet是由很多网络互相连接而形成的，Internet中的每台设备都属于其中的某一个网络。在一个IP地址中，包含了该设备所在网络的网络编号以及该设备在网络内部的编号。如上面的地址，其网络编号为202.126.80，网内编号为10。

(2)IP地址规划

Internet编址方案将IP地址分为5类，对各类地址作如下编址规定：

•A类地址：用于大型网络；高端的8位表示网络编号，低端的24位表示网内编号；地址的第1位为0。

•B类地址：用于中型网络；高端的16位表示网络编号，低端的16位表示网内编号；地址的前两位为10。

•C类地址：用于小型网络；高端的24位表示网络编号，低端的8位表示网内编号；地址的前3位为110。

•D类地址：多播地址，用于多点传送；地址的前4位为1110。

•E类地址：备用地址；地址的前5位为11110。

图1.1 IP地址编码规则

根据图1.1所示的编码规则，我们得到如表1-1所列出的IP地址特征和网络特征。

表1-1 IP地址特征和网络特征

(3)子网技术

如果一个网络内的主机很多的话，数据流量会很大。我们在第4章中曾讲过，适当划分网段，使用网桥或交换机类的网络互连设备，能够有效地减轻网络负载。Internet使用子网技术来划分网段，将一个较大的网络分解为若干个较小的网络。

划分子网时，首先要决定子网的个数，然后在IP地址的网内编号位中采用合适的位数对子网进行编号，从而确定每个子网的地址范围。

例：将网络202.126.80划分为6个子网。实现步骤：

1）确定子网编号使用的地址位。202.126.80是一个C类网络，IP地址的低8位为网络内部编号，我们取其中的高3位作为子网编号，由于全0编号和全1编号有特殊意义不能使用，这3位的其余6种组合正好用于6个子网的编号。

2）确定各子网的地址范围。在一个子网内的主机，子网编号的3位是相同的；子网内部编号使用5位，因为全0和全1有特殊意义不能使用，编号从00001到11110，最多容纳30台主机。

表1-2 子网地址范围

现在，我们需要解决的问题是：网络内的交换机如何从IP地址中分离出网络号、子网号和子网内部编号呢？

解决的方法是使用“子网掩码”，即对每一台主机，除了设定其IP地址外，还必须设定一个“掩码”，供交换机通过某种计算方法准确地获得该主机的网络编号和子网编号等信息。对于上面的例子来说，如何为该网络3号子网中的主机202.126.80.120设置掩码呢？我们知道这个地址中的前24位是网络号，中间3位是子网号。这台主机的掩码应该设定为

255.255.255.11100000，即255.255.255.224。前27位为全1，后5位为全0。

交换机又是如何根据主机的IP地址和子网掩码获取子网号的呢？交换机将主机的IP地址和掩码进行AND逻辑运算，获得的运算结果是202.126.80.01100000。由于该地址属于C类地址，网络将前24位识别为网络号，则中间的3位011就是该主机所属子网的编号了。

由此可见，为主机设置子网掩码的规则是：对所有表示网络号和子网号的地址位取1，对所有表示子网内部编号的地址位取0。对于上面的例子来说，基于这样的子网划分方案，该网络中所有主机的掩码都是255.255.255.224。

逻辑AND运算的规则是：掩码为1的位，结果为IP地址对应位的数值；掩码为0的位，结果为0。

对于一个C类网络，可能的子网划分方案如表1-3所示。

表1-3 C类网络的子网划分方案

如果没有采用子网技术，也同样要为主机设置子网掩码。A类地址的子网掩码是255.0.0.0；B类地址的子网掩码是255.255.0.0；C类地址的子网掩码是255.255.255.0。

(4)下面我们就用一个实际中的例子来说明吧：

假设有一个企业，有20台微机，给地址段是C类地址，196.12.20.0网段，本机作为其中的一台，为他设置相应的IP地址。

子网划分：6个部门，每个部门是一个独立子网。

解释：一个标准C类地址的主机地址为占8位，假设用m位表示子网划分所占位数，用n 位表示主机地址所占位数，那么：

∵m+n=8

又∵2m-2>=6 2n>=20

∴子网掩码为255.255.255.224;

(5)MAC地址

MAC（Media Access Control, 介质访问控制）MAC地址是烧录在Network Interface Card(网卡,NIC)里的.MAC地址,也叫硬件地址,是由48比特长(6字节),16进制的数字组成.0-23位是由厂家自己分配.24-47位,叫做组织唯一标志符(organizationally unique ，是识别LAN（局域网）节点的标识。其中第40位是组播地址标志位。网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM（一种闪存芯片，通常可以通过程序擦写），它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址。

也就是说，在网络底层的物理传输过程中，是通过物理地址来识别主机的，它一般也是全球唯一的。比如，著名的以太网卡，其物理地址是48bit（比特位）的整数，如：44-45-53-54-00-00,以机器可读的方式存入主机接口中。以太网地址管理机构(除了管这个外还管别的)（IEEE）（IEEEE：电气和电子工程师协会）将以太网地址，也就是48比特的不同组合，分为若干独立的连续地址组，生产以太网网卡的厂家就购买其中一组，具体生产时，逐个将唯一地址赋予以太网卡。